水纯化装置以及用于操作水纯化装置的方法
【专利摘要】一种水纯化装置包括一个水收集装置(1)，该水收集装置具有一个表面，该表面限定了一个可变容积并且包括一个水可透过的过滤膜(2)。该装置包括一个用于施加力的膨胀装置，以用于使得该水收集装置(1)的容积增加并且由此将水抽吸穿过该过滤膜(2)而进入该水收集装置(1)中。该膨胀装置包括支撑该过滤膜(2)的一个支撑结构(7)，其中该支撑结构(7)能够弹性地变形并且被设计成在变形后稳固而卡在至少两种分立的稳定构形中的一种稳定构形中，这些稳定构形中的第一稳定构形是该支撑结构(7)的低容积构形，这些稳定构形中的第二稳定构形是该支撑结构(7)的高容积构形。
【专利说明】水纯化装置以及用于操作水纯化装置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水纯化装置的领域，具体涉及如相应的独立权利要求的前序部分所述的一种低成本、小型的纯化装置和一种用于操作水纯化装置的方法。
【背景技术】
[0002]获得清洁水是一种基本的人类需求。在发展中国家中、在紧急状况下、以及简单地对于户外活动而言，都存在对于简单、轻量、并且便宜的水纯化装置的需求。W02009/073994A1披露了一种具有可变容积的可膨胀水收集装置，其中该水收集装置的至少部分表面包括一个具有渗透性的过滤区域。这种装置进一步包括一个用于施加力的膨胀器件以用于使得该水收集装置的容积增加并且由此将水抽吸穿过该过滤区域而进入该水收集装置中。
【发明内容】
[0003]本发明的一个目标是提供一种先前阐述类型的、制造简单并且易于操作的水纯化装置，以及一种用于操作水纯化装置的方法。
[0004]这些目标是通过根据相应的独立权利要求所述的一种水纯化装置和一种用于操作水纯化装置的方法来实现的。
[0005]这种水纯化装置包括一个水收集装置，该水收集装置具有一个表面，该表面限定了一个可变容积，其中该水收集装置的至少部分表面包括一个过滤膜，该过滤膜是水可透过的并且具体在该过滤膜被淹没在水中时允许水进入该水收集装置中。该装置包括一个用于施加力的膨胀装置，以用于使得该水收集装置的容积增加并且由此将水抽吸穿过该过滤膜而进入该水收集装置中。该膨胀装置包括支撑该过滤膜的一个支撑结构，其中，该支撑结构可以弹性地变形并且被设计成在变形后稳固成至少两种分立的稳定构形中的一种稳定构形，这些稳定构形中的第一稳定构形是该支撑结构的低容积构形，而这些稳定构形中的第二稳定构形是该支撑结构的高容积构形。这就提供了一种简单的机构，在这种机构中该支撑结构满足了为膜提供支撑和使得水收集装置的容积扩大的双重功能，并且还任选地满足了为将水抽吸到水收集装置中而储存和释放能量的进一步功能。
[0006]当该装置从第一稳定构形变形成第二稳定构形时，该支撑结构的第一次弹性变形做第一次功，从而使得储存在该支撑结构中的势能增加，并且然后通过该支撑结构的并非与第一次弹性变形反向的、第二次不同的弹性变形，该支撑结构释放出势能。这第二次弹性变形对应于支撑结构松弛、稳固或卡固成该第二稳定构形。简言之，该支撑结构对应于不同稳定构形的多种状态或形状是由该支撑结构所储存的局部势能最大值而分开的。在一个相关实施例中，该过滤膜或一部分过滤膜是弹性的，并且来自由支撑结构的弹性变形所储存和释放的势能的上述作用涉及该支撑结构与该(部分地)弹性的过滤膜的组合、或单独涉及该(部分地)弹性的过滤膜。
[0007]在一个实施例中，该水收集装置的容积是由一种柔性片材限定的。这允许提供一个大的过滤区域，覆盖了该水收集装置的大部分表面并且由此增加了穿过该过滤器的流速。它进一步允许针对滤后水的容积而用一种片材、优选由一个或两个部分来制造整个容器，从而简化其构造。限定这种容器的完整片材可以由该过滤膜制造，或是仅仅该容器的一部分表面是由过滤膜制造的，而该容器表面的剩余部分是由另一种柔性片材制造或由一种更刚硬的材料制造和/或由该支撑结构制造。在后一种情况下，该过滤膜可以被安排成仅仅覆盖在该支撑结构的多个支柱或梁条之间的开口。膜可以由具有不同功能、孔隙性和表面处理的若干格层制成。
[0008]在一个实施例中，该支撑结构是双稳的，即，它具有准确的两种稳定构形，具体为低容积构形和高容积构形。这允许了该装置的简单操作。
[0009]在一个实施例中，这些稳定构形是由该支撑结构的多个不同区段的空间构形限定的。该支撑结构是通过该支撑结构的这些区段的弹性而保持在这些稳定构形中的。因而，该支撑结构的弹性迫使该支撑结构的形状从一种具有最大势能的形状或状态转换成这些不同的稳定构形。这提供了一种尤其简单的支撑结构，因为并不要求额外的元件，例如当该支撑结构的形状对应于容器的、如由过滤膜限定的容积时。
[0010]在一个实施例中，该支撑结构的容积是通过一个或多个固持或锁定元件而保持在一种或多种稳定构形中的，例如，由夹子、钩扣、带扣、闩锁、钩子、弹簧锁、绑带或束带或绳线，等等。在使得该支撑结构转换成一种特定构形后，可以手动操作这样的固持或锁定元件来将该支撑结构固持在这种构形中。这样的固持或锁定元件可以是一个分开的部分或者可以被成形为该支撑结构的一部分或者可以被附接、例如焊接或模制到该支撑结构上。
[0011]在一个实施例中，该过滤膜安排在该支撑结构内侧，并且优选地该过滤膜是胶粘或焊接到该支撑结构 上的或者是卡接到该支撑结构内的或者是被该支撑结构夹紧、包覆模制或包裹的。这允许该支撑结构保护该过滤膜免于机械损伤。
[0012]在一个实施例中，该过滤膜特别在被安排在该支撑结构内侧时是可拆除地附接到该支撑结构上的，例如是通过钩子、螺钉、夹具、钩与环紧固件(像Velcro? )或束带或通过卡扣配合。附接可以是在这些边缘和/或这些支柱和/或该出口和/或一个通向出口的颈部处。这允许对于若干膜再使用同一个支撑结构。例如，可以通过在MinigripW可再封闭塑料袋中使用的多个元件来建立一种卡扣配合。这样的元件可以被安排在该支撑结构的内侧上，而配对元件被安排在过滤膜上。
[0013]在一个实施例中，过滤膜的两个片材(或更多片材，取决于这种过滤膜是怎样折叠的)被夹在该顶部部分和该底部部分之间，所有这四个元件具有基本上叠合的形状并且被叠合地放置在彼此之上，并且这四个元件是沿着一个外边缘紧密连接(例如焊接)到一起的。
[0014]替代地，该支撑结构可以安排在过滤膜内侧。在这种情况下，不必将过滤膜附接到支撑结构上。
[0015]在一个实施例中，该过滤膜自身在外侧包括一个亲水涂层或表面并且在内侧包括一个疏水涂层或表面。这可以有助于驱动水流进入过滤膜内侧的容积之中。
[0016]在一个实施例中，该支撑结构的这种弹性变形是可反向的并且该支撑结构能够在其多个不同的稳定构形之间反复改变。这允许多次再使用该水收集装置来过滤和收集水、在每次使用后通过一个出口来排空该装置。该出口可以组合有该支撑结构的这些元件之一或者构成这些元件之一。
[0017]在一个实施例中，该水收集装置包括一个水密性外封套，该水收集装置可以安排在该外封套中。该外封套可以被焊接或以其他方式附接到该水收集装置上、或者可以是一个宽松的部件。如果该外封套被附接到该水收集装置上，它可以是放在该水收集容器上方或者被拉回以暴露出该水收集装置来进行过滤(当浸没于水中时)或用于对过滤区域进行清洁。当该外封套被安排成容纳该水收集装置时，它优选可以是围绕该水收集装置被封闭的，例如通过一个DIi 11 igri P R状密封机构。在该水收集装置的另一种应用中，该过滤装置
并非整体淹没，而是该外封套填充有水，并且该水收集装置在该外封套内膨胀，从而将水从外封套吸入。
[0018]在一个实施例中，当该支撑结构处于该高容积构形中并且该水收集装置的容积或容器处于一个中间状态时，该水收集装置的容积朝向该水收集装置的一个高容积状态移动。因而，在该容积或容器的中间状态和高容积状态二者中，该支撑结构处于同一种稳定构形中、但在这种构形的限制之内改变其形状。具体地，它通过降低支撑结构的势能来改变其形状，从而使得该容器膨胀并且将水抽吸到该容器中。使得支撑结构变形并且随后让容器膨胀优选地是在水收集装置淹没于水中或被水包围时完成的。
[0019]在一个实施例中， 该水收集装置的容积是借助于该支撑结构自身的弹性而朝向该高容积状态移动的。这允许了该装置具有很少几个零件的一种非常简单的构造。
[0020]在一个实施例中，该水收集装置的容积是借助于将该支撑结构弹性地连接到该过滤膜上的一个或多个弹性的元件而朝向该高容积状态移动的。这能允许该支撑结构迅速变形至高容积状态并且然后使容器在较长的时间段中膨胀，在这个时间段的过程中，例如无需对该装置施加外力(例如用手)。
[0021]在一个实施例中，在该支撑结构的低容积构形中，该支撑结构包括两个扁平的、基本上平行的部:一个顶部部分和一个底部部分，它们是例如通过焊接或胶粘而沿着一个连接区域、例如沿着该顶部和底部部分的多个边缘相连接的。在高容积构形中，该顶部部分的一个顶部区段和该底部部分的一个底部区段是彼此间隔开的并且是通过该支撑结构的至少一个侧向区段相联结的，该侧向区段包括顶部部分和底部部分的剩余区段。这允许了该装置的一种简单且便宜的构造。
[0022]在一个实施例中，该顶部部分和底部部分是由塑料材料制成的并且该支撑结构的这些区段是通过多个像薄膜铰链或一体式铰链的可变形区段相联结的。这允许了当在水收集装置上施加力时使得该支撑结构的变形偏置而朝向所希望的高容积构形。
[0023]在其他实施例中，该顶部和/或底部部分是由以下材料制成的或包括以下材料:金属材料像钢，或一种有机材料像竹子、棕榈叶、木材或类似物，这些材料可以浸透或组合有一种塑料材料。
[0024]用于操作水纯化装置的方法使用的水纯化装置包括一个水收集装置，该水收集装置具有一个表面，该表面限定了一个可变容积，其中该水收集装置的至少部分表面包括一个过滤膜，该过滤膜是水可透过的并且允许水进入该水收集装置中。该装置包括一个用于施加力的膨胀装置，以用于使得该水收集装置的容积增加并且由此将水抽吸穿过该过滤膜而进入该水收集装置中。该膨胀装置包括支撑该过滤膜的一个支撑结构。该方法在该支撑结构处于一个第一稳定的低容积构形时开始并包括以下步骤，[0025] 使得该支撑结构弹性地变形；并且
[0026] 允许该支撑结构稳固成一种第二稳定的高容积构形。
[0027]优选地，在使得该支撑结构的弹性地变形的过程中或至少在此之后，该水收集装置是至少部分地淹没在水中的并且由此将水抽吸穿过该过滤膜而进入水收集装置中。
[0028]在该方法的一个变体中，处于该第一稳定构形中的该支撑结构包括处于一种扁平安排的多个平面部分，并且使得该支撑结构弹性地变形的这个步骤包括:
[0029] 使得该支撑结构的多个区段弹性地弯折
[0030] 使得该支撑结构的多个区段相对于彼此折叠；并且
[0031] 使得该支撑结构整体折叠成一种稳定的空间安排。
[0032]在使得该支撑结构折叠成这种稳定空间安排之后，其形状通过这些弹性地变形的区段所施加的力而稳定化。
[0033]在该方法的进一步的变体中，处于该低容积构形的该支撑结构包括两个扁平的、平行的部分:一个顶部部分和一个底部部分，它们在多个边缘处相连，并且该方法包括以下步骤:
[0034] 通过手动地将该水收集装置的多个相反侧处的至少两个边缘朝向彼此按压来使得该支撑结构弹性地变形；
[0035] 由此使得该顶部部分的一个顶部区段和该底部部分的一个底部区段移动而离开彼此并且使得该水收集装置的容积增加。
[0036]在该方法的其他变体中，使得该支撑结构弹性地变形的这个步骤包括驱动这种变形的一个配重或弹簧。
[0037]该水收集装置可以在其已经排空后回到最初的低容积形状。替代地，这是在该装置仍容纳有水时完成的。然后发生了穿过该过滤膜的反向流动，从而引起对该过滤膜的反冲洗和漂洗。
[0038]来自从属专利权利要求的其他实施例是明显的。这些方法权利要求的特征可以与这些装置权利要求的特征相组合，并且反之亦然。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]在下文中将通过参照附图中展示的多个示例性实施例来详细解释本发明的主题，在附图中:
[0040]图1a示出了一个水收集装置的支撑结构的顶部部分；
[0041]图1b示出了其带有一个薄膜铰链的放大截面；
[0042]图2示出了一个相应的底部部分；
[0043]图3示出了处于高容积状态的水收集装置的透视图；
[0044]图4a_4c示出了在一个实施例中处于多个不同的状态的水收集装置的截面；并且
[0045]图5示出了另一种实施例的处于中间状态的水收集装置的截面。
[0046]在参考符号列表中以概括形式列出了在这些附图中使用的参考符号、以及它们的含义。原则上，在这些图中为相同的部分提供了相同的参考符号。
【具体实施方式】[0047]图1a示出了水收集装置I的支撑结构7的顶部部分8，并且图2示出了一个相应的底部部分9。图1b示出了这些部分的放大的截面，带有由一个刻痕或槽17产生的薄膜铰链。这些部分8、9基本上具有矩形形状。它们包括多个梁条或者支柱3和在这些支柱之间的多个开口。在这些部分8、9要被折叠的位置处，安排了多个直的或者弯曲的槽17，这些槽限定了这些薄膜铰链。取决于这些槽17是安排于部分8、9的哪一侧上，当沿着与槽17的方向相垂直的方向在部分8、9的平面中施加一个力时，相应的薄膜铰链被偏置而向内或向外弯曲。多个弯曲的槽17’限定了顶部部分8和底部部分9的多个具有矩形形状的、带有朝向彼此向内弯曲的两个相反侧的区段。这些区段应对应地称为顶部区段10和底部区段
11。该顶部部分包括一个开口以用作出口 6，在图3中示出。
[0048]这些部分8、9是扁平的并且由可回收材料、并且优选由塑料制成，例如通过冲压或从片材切割、或通过铣削或模制而成。它们具有的厚度例如为0.5mm至2_，这取决于材料的强度和刚度并且取决于水收集装置I的大小。水收集装置I包括的这个顶部部分8和底部部分9是在它们的多个边缘5’、5"处通过在焊缝18处进行胶粘或焊接而彼此连接的并且被附接到一个过滤膜2上，这形成了一种用于收集滤后水的可变容积容器。过滤膜2是附接到支撑结构7的内侧表面上的，即，附接到顶部部分8和底部部分9的内侧表面上。过滤膜2可以在已经阐述的相同焊缝18处被焊接到顶部部分和底部部分8、9上。
[0049]在一个未示出的替代实施例中，过滤膜2被安排在支撑结构7的外侧。
[0050]在另一个未示出的替代实施例中，该过滤膜是可拆除地附接到该支撑结构上的。为此目的，例如，多条束带被附接到过滤膜2上，并且借助于将这些束带系到这些支柱3上来将过滤膜附接到支撑结构7上。 [0051]在水收集装置I的一种低容积状态下，支撑结构7处于一种低容积构形，优选地这些部分8、9处于一种扁平的安排中，在这种扁平的安排中它们是扁平的并且彼此平行。以这种构形，可以用节省空间的方式来储存和运输该水收集装置I。
[0052]图3示出了处于高容积状态的水收集装置I的透视图。顶部部分8的顶部区段10和底部部分9的底部区段11各自弯成一种凸形形状并且彼此间隔开，从而得到了它们之间的容积并且导致过滤膜2相对于低容积状态被增大。顶部部分8和底部部分9在水收集装置I的相反两侧处的其他区段向内折叠并且变为该支撑结构7的侧向区段12。这些侧向区段12呈晶状体形状(或杏仁形状、或“两头尖的椭圆形状”，即，鱼鳔形状)并且是从顶部部分8和底部部分9沿着这些弯曲的槽17’向内折叠的并且被立体地弯折成一种凹形形状。在顶部区段10中安排了一个出口 6，但该出口也可以安排在其他区段中。出口 6可以包括一个反复可打开且可封闭的封闭装置，如螺纹盖、卡接盖、弹性阀、鸭嘴阀等等。
[0053]为了将水收集装置I从低容积状态变形到高容积状态，将这些部分8、9固持在这种扁平安排中，这种扁平安排限定了一个基本上平行于这些部分8、9的平面(图4a)。然后通过平行于该平面向那些要变为侧向区段12的区段处的一对第一边缘5’施加一个向内的力而使这些部分8、9变形(优选用手)。由于这些槽17的偏置，这些区段会向内扣并且推动顶部区段10和底部区段11彼此远离。顶部区段10和底部区段11在由与多个第二边缘5"相平行的多个槽17限定的铰链处折叠而彼此分开。如果这些第一边缘5’(它们现在大致沿着这些侧向区段12的中轴线延伸)朝向彼此被推到足够接近，则支撑结构7会稳固或卡固成一种稳定构形(图4b)。它将保持在这种稳定构形中，直至例如这些第一边缘5’被拉开和/或顶部区段10和底部区段11被推向彼此。
[0054]根据一个实施例，水收集装置I是在其至少部分地淹没在水中时被转换成高容积状态的。在过滤膜2内的容积增加的过程中，水渗过该过滤膜2进入这个容积中并且被过滤。由于水的流速有限，该容器的容积增加也是有限的，并且，在观察一个平行于驱动力(即，垂直于这些第一边缘5’，见图4b)的截面时，附接到过滤膜2上的顶部区段10和底部区段11可以向内弯折。在支撑结构7处于稳定的高容积构形(图4b)之后，这些侧向区段12就不必被进一步朝向彼此按压，并且顶部区段10和底部区段11由于它们的弹性而可以再次变直，从而致使更多的水被向内抽吸穿过该过滤膜2。最后，达到图4c中的截面。
[0055]在另一种实施例中，过滤膜2在所有位置上都并不是直接连接到支撑结构7上的、而是自身为弹性的和/或在某些位置上借助于一个或多个弹性的元件4连接到支撑结构7上的。因此，当支撑结构7处于稳定的高容积构形时，首先可能在顶部区段10和底部区段11之间的容积与过滤膜2的容积之间存在差异。这对应于用图5的截面来取代图4b。随后，过滤膜2和/或弹性的元件 4的弹性将过滤膜2向外朝向该支撑结构7拉动，从而将更多的水向内抽吸穿过该过滤膜2。最后，达到类似于图4c的状况。
[0056]虽然已经在多个当前实施例中阐述了本发明，但毫无疑问应理解的是本发明并不局限于此、而是可以在权利要求的范围内用多种其他方式来实施和实践。
【权利要求】
1.一种水纯化装置，包括一个水收集装置(I)，该水收集装置具有一个表面，该表面限定了一个可变容积，其中该水收集装置的该表面的至少一部分包括一个过滤膜(2)，该过滤膜(2)是水可透过的并且允许水进入该水收集装置(I)中，其中该装置包括一个用于施加力的膨胀装置，以用于使得该水收集装置(I)的容积增加并且由此将水抽吸穿过该过滤膜(2)而进入该水收集装置(I)中，其中该膨胀装置包括支撑该过滤膜(2)的一个支撑结构(7)，其特征在于，该支撑结构(7)能够弹性地变形并且被设计成在变形后稳固成至少两种分立的稳定构形中的一种稳定构形，这些稳定构形中的第一稳定构形是该支撑结构(7)的低容积构形，这些稳定构形中的第二稳定构形是该支撑结构(7)的高容积构形。
2.如权利要求1所述的装置，其中，该水收集装置(I)的容积是由一种柔性片材限定的。
3.如前述权利要求之一所述的装置，其中，该支撑结构(7)具有两种稳定构形。
4.如前述权利要求之一所述的装置，其中，这些稳定构形是由该支撑结构(7)的多个不同区段的空间构形限定的，并且该支撑结构(7)是通过该支撑结构(7)的这些区段的弹性而保持在这些稳定构形中的。
5.如前述权利要求之一所述的装置，其中，该支撑结构的容积是通过一个或多个固持或锁定元件而保持在这些稳定构形中的一种或多种稳定构形中的。
6.如前述权利要求之一所述的装置，其中，该过滤膜(2)是安排在该支撑结构(7)的内侧，并且优选地该过滤膜(2)是胶粘或焊接在该支撑结构(7)上、或被该支撑结构(7)夹紧、包覆模制或包裹的。
7.如前述权利要求之一所述的装置，其中，该支撑结构(7)的这种弹性变形是可反向的并且该支撑结构(7)能够在其多种不同的稳定构形之间反复改变。
8.如前述权利要求之一所述的装置，其中，当该支撑结构(7)处于该高容积构形中并且该水收集装置(I)的容积处于一个中间状态时，该水收集装置(I)的容积朝向该水收集装置(I)的一个高容积状态移动。
9.如权利要求8所述的装置，其中，该水收集装置(I)的容积是借助于该支撑结构(7)自身的弹性而朝向该高容积状态移动的。
10.如权利要求8或9所述的装置，其中，该水收集装置(I)的容积是借助于将该支撑结构(7)弹性地连接到该过滤膜(2)上的一个或多个弹性的元件(4)而朝向该高容积状态移动的。
11.如前述权利要求之一所述的装置，其中，在该支撑结构(7)的低容积构形中，该支撑结构(7)包括两个扁平的、基本上平行的部分:一个顶部部分(8)和一个底部部分(9)，它们优选是沿着多个边缘(5’，5")相连的，并且在该高容积构形中，该顶部部分(8)的一个顶部区段(10)和该底部部分(9)的一个底部区段(11)彼此间隔开并且是通过该支撑结构(7)的至少一个侧向区段(12)相联结的，该侧向区段(12)包括该顶部部分(8)和底部部分(9)的多个剩余区段。
12.如权利要求11所述的装置，其中，该顶部部分(8)和底部部分(9)是由塑料材料制成的并且该支撑结构(7)的这些区段(10，11，12)是通过多个薄膜铰链相联结的。
13.一种用于操作水纯化装置的方法，其中该水纯化装置包括一个水收集装置(1)，该水收集装置具有一个表面，该表面限定了一个可变容积，其中该水收集装置的该表面的至少一部分包括一个过滤膜(2)，该过滤膜(2)是水可透过的并且允许水进入该水收集装置(I)中，其中该装置包括一个用于施加力的膨胀装置，以用于使得该水收集装置(I)的容积增加并且由此将水抽吸穿过该过滤膜(2)而进入该水收集装置(I)中，其中该膨胀装置包括支撑该过滤膜(2)的一个支撑结构(7)，其特征在于，该方法在该支撑结构(7)处于一种第一稳定的、低容积构形时开始并包括以下步骤， 使得该支撑结构(7)弹性地变形；并且 允许该支撑结构(7)稳固成一中第二稳定的、高容积构形。
14.如权利要求13所述的方法，其中，处于该第一稳定构形中的该支撑结构(7)包括处于一种扁平安排的多个平面部分，并且其中使得该支撑结构(7)弹性地变形的该步骤包括:
使得该支撑结构(7)的多个区段(10，11，12)弹性地弯折， 使得该支撑结构(7)的多个区段(10，11，12)相对于彼此折叠；并且 使得该支撑结构(7)整体折叠成一种稳定的空间安排。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中，处于该低容积构形的该支撑结构(7)包括两个扁平的、平行的部分:一个顶部部分(8)和一个底部部分(9)，它们在多个边缘(5’，5")处相连接，该方法包括以下步骤: 通过手动地将该水收集装置(I)的多个相反侧处的至少两个边缘(5’)朝向彼此按压来使得该支撑结构(7)弹性地变形； 由此使得该顶部部分(8)的一个顶部区段(10)和该底部部分(9)的一个底部区段(II)移动而离开彼此并且使得该水收集装置(I)的容积增加。
【文档编号】B01D69/12GK103998380SQ201280056184
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年11月15日 优先权日:2011年11月17日
【发明者】E·默克 申请人:克里霍克股份公司